Bakteriofager, eller fager förkortat, är virus som infekterar bakterier och dödar dem genom en lysprocess. Fager kan döda bakterier på eller i en flercellig värdorganism, till exempel månmanetens polyp. Fager är specialiserade på specifika bakterier och kan avsevärt förändra bakteriesammansättningen i en polyps mikrobiom.
Effekten av fager på mikrobiomet och därmed polypers kondition är fortfarande till stor del outforskad. Mikrobiologer vid Kiel University, ledda av professor Ruth Schmitz-Streit, har för första gången i laboratorieexperiment visat att polyper återskapas snabbt efter infektion med bakteriofager.
Fynden tyder på att motståndet hos månmanetens naturliga mikrobiom mot fager från Östersjön är mycket uttalat och bidrar till vår kunskap om effekten av dessa ofta förbisedda, små nyckelspelare på mikrobiomet och, i slutändan, månmaneternas kondition. . Resultaten har nyligen publicerats i tidskriften Frontiers in Microbiology .
I polypstadiet fästs djuren vid havsbotten och använder sina tentakler för att fånga upp mat från vattnet. På ytan av deras stjälkade kropp finns många bakterier som bildar den så kallade mikrobiomen, som spelar en viktig roll för polypens kondition.
I tidigare studier har mikrobiologer vid Institutet för allmän mikrobiologi redan visat hur viktig den naturliga mikrobiomen är för månmanetens vegetativa reproduktion och dess försvar mot patogener.
Deras aktuella studie har undersökt hur mikrobiomet överlever en infektion med bakteriofager och vilka konsekvenser det får för polyperna. I laboratorieexperiment observerade forskarna att införandet av fagerna ledde till en betydande förändring av polypernas kroppsform, men bara tillfälligt. Efter virusförsvaret återgick polyperna till sin normala form.
"Efter att polyperna behandlats med specifika bakteriofager blev deras kroppar kraftigt förkortade och rundade och de tappade sina tentakler. Dessa är vanligtvis tecken på polypdöd. Vi såg dock inte en enda död polyp, tvärtom, alla polyper regenererades. Denna höga motståndskraft överraskade oss, säger Melissa Stante, Ph.D. student i Ruth Schmitz-Streits forskargrupp och första författare till studien.
Testserier på behandlade polyper visar snabb återhämtning av mikrobiom
En förklaring till detta kan vara att polyperna, eller närmare bestämt deras mikrobiom, snabbt anpassar sig till förekomsten av fagerna och därför kan förhindra permanent skada. Forskarna tog prover på mikrobiomet av polyperna under en period av fem dagar. De fann att den vanligaste typen av bakterier, Mycoplasma, minskade initialt, men återhämtade sig efter 24 timmar.
"I polyper av månmaneter från Östersjön domineras mikrobiomet huvudsakligen av en specifik bakterie, en oodlad Mycoplasma-bakterie. Denna kolonisator reducerades avsevärt när fager administrerades. Detta gjorde att andra bakterier tillfälligt kunde få dominans.
"De exakta faktorerna som gynnar den initiala minskningen, men också den efterföljande snabba regenereringen av Mycoplasma, är nu föremål för ytterligare forskning", säger PD Dr. Nancy Weiland-Bräuer. Dynamiken i mikrobiomets sammansättning synkroniserades med deformationen av polyperna.
Kunskap om den dynamiska interaktionen mellan månmaneten, dess mikrobiom och fager bidrar till att förstå marina näringsämnen och grundämnens cykler. Samtidigt spelar processen en väsentlig roll för att förstå ekosystemstabilitet och är en byggsten för forskning om sjukdomar i Östersjöns ekosystem.
Dessutom kommer resultaten att bidra till forskningsinitiativet "Ocean Health", som fokuserar på effekterna av hälsa och sjukdom i samband med klimatförändringar och potentiella framtida miljöförhållanden. Förutom att lysera bakterier kan fager utbyta genetiskt material med värdmikroorganismer, vilket hjälper mikrobiomet att anpassa sig till förändrade miljöförhållanden.
"Den snabba regenereringen av polypformen efter fagbehandling verkar korrelera med återhämtningen av månmanetens naturliga mikrobiom. Detta är en stark indikation på att månmanetsmikrobiomets motståndskraft mot fager från Östersjön är mycket uttalad.
"De faktorer som gör mikrobiomen så motståndskraftig kan också ge viktiga ledtrådar om hur man skyddar den friska mikrobiomen hos människor. Men vi är fortfarande i de relativt tidiga stadierna av grundforskningen", säger professor dr. Ruth Schmitz-Streit, chef. forskargruppen.
Mer information: Melissa Stante et al, Marina bakteriofager stör den associerade mikrobiotan av Aurelia aurita med en återvinningsbar effekt på värdmorfologi, Frontiers in Microbiology (2024). DOI:10.3389/fmicb.2024.1356337
Journalinformation: Frontiers in Microbiology
Tillhandahålls av Kiel University
